Autark oder vernetzt bzw. Industrie 4.0 oder Standalone-Betrieb? Das sind grundsätzliche Fragen. In der Kälte- und Klimatechnik gibt es das ganze Spektrum: Auf der einen Seite die Kühlkammer im abgelegenen Landgasthof, in der robuste, einfache Technik möglichst wartungsarm funktionieren soll. Auf der anderen Seite, die Hightech-Kühlung in der Produktion eines Pharmariesen. Sie muss sich nahtlos in die Prozesssteuerung einfügen. Außerdem müssen detaillierte historische und aktuelle Betriebsdaten konzernweit online verfügbar sein. Hierfür müssen die Hersteller ihre Produkte mit den neuesten Schnittstellen ausstatten. Gleichzeitig müssen sie Anwender im Auge behalten, die mit der bisherigen Ausstattung zufrieden waren. Diese werden weder höhere Preise noch eine kompliziertere Handhabung akzeptieren.
Steuerungskonzepte für die Kälte- und Klimatechnik
Ein Beispiel für solche Systeme ist der Bereich der Kühler und Verflüssiger (inklusive Ventilatoren) in Kälteanlagen, ein anderes Beispiel sind Ventilatoren und zugehörige Komponenten, die in Klima-Zentralgeräten arbeiten. Bisher sind bei solchen Systemen zwei Verfahren üblich. Leistungsregler wie Frequenzumrichter arbeiten in Verbindung mit Sensoren für die Prozessregelung eigenständig oder sie werden analog (010 V / 420 mA) durch eine übergeordnete Regelung angesteuert. Auch EC-Ventilatoren in Kühlern oder im Klima-Zentralgerät werden oft auf diese Weise gesteuert.
Die beschriebenen Produkte sind direkt am Kühler oder Verflüssiger verbaut oder im Klima-Zentralgerät integriert. Solche Regelungen sind präzise und zuverlässig. Ein Nachteil sind jedoch die eingeschränkten Kommunikationsmöglichkeiten: Das Feedback an eine übergeordnete Gebäudeleittechnik beschränkt sich meistens auf die Auswertung von Betriebs- bzw. Fehlermelderelais.
Ziehl-Abegg hat deshalb eine Reihe von Produkten mit zusätzlichen Schnittstellen versehen, z. B. die EC-Ventilatoren ECblue, Frequenzumrichter (Fcontrol/Icontrol) oder Regelmodule UNIcon, jeweils in der aktuellen Ausführung. Integrierte Schnittstellen für Bus-Systeme sorgen hier dafür, dass die Kommunikation jeweils in beide Richtungen erfolgen kann. Damit stehen auf der Leitebene umfassende Informationen über Betriebszustände zur Verfügung: elektrische Aufnahmeleistung, aktuelle Ventilatordrehzahl usw. Dies eröffnet neue Optionen, von der Prozessüberwachung bis zum Erfassen von betriebswirtschaftlich relevanten Daten.
Viele Möglichkeiten, einheitliche Handhabung
Bei Anwendungen, in denen EC-Ventilatoren und Frequenzumrichter gleichermaßen zum Einsatz kommen, ist eine einheitliche Handhabung besonders wichtig. Deshalb sind Produkte von Ziehl-Abegg einheitlich modular erweiterbar. Der grundsätzliche Aufbau, die sog. „Basic-Ausführung“, ist produktübergreifend gleich und bietet immer die Möglichkeit der analogen Ansteuerung. Bis heute ist dies in den Anlagen der bevorzugte Einsatzfall. Mittels eines Add-On-Moduls (Erweiterungsmodul) lässt sich eine Basic-Ausführung jederzeit mit einer Bus-Schnittstelle versehen und so in moderne Anlagenkonzepte integrieren (Bild 1).
Dieses Produktdesign reduziert die Lagerhaltung, da nicht mehrere Versionen vorgehalten werden müssen. Zugleich bleibt der Anwender flexibel, da er ein einfaches und damit preiswerteres Produkt jederzeit flexibel erweitern kann. Für die Einbindung in vom Anwender gewünschte Bussysteme gibt es von Ziehl-Abegg derzeit einsteckbare Add-On-Module für folgende Systeme: Modbus, CAN-Open, LON, Profibus und Ethercat. Weitere Module sind derzeit in Vorbereitung.
Universal-Regelmodul: regeln, vernetzen und kommunizieren
Für die Regelmodule gelten die gleichen Bedingungen wie für Ventilatoren: Es sind sowohl autarke Lösungen als auch vernetzte Systeme gefragt. In der Regel werden mehrere, einzelne Ventilatoren über ein Regelmodul zusammengefasst, welches wiederum über eine Kommunikationsschnittstelle für die übergeordnete Gebäudeleittechnik (GLT) Informationen gebündelt zur Verfügung stellt.
Für die Regelung und Ansteuerung von Ventilatoren auf Rückkühlern oder Verflüssigern wie auch für die Regelung von Ventilatoren in Klima-Zentralgeräten wurde das Universal-Regelmodul UNIcon funktional erweitert. Neben der Möglichkeit, weiterhin per 010 V Ventilatoren anzusteuern, wurde die sogenannte „Modbus Master-Funktion“ integriert. Das bedeutet, dass die Einbindung von Ventilatoren oder Frequenzumrichtern in ein Netzwerk per Modbus-RTU erfolgt.
Ein großer Vorteil dabei ist, dass für diese Vernetzung vieler Komponenten mit dem „UNIcon Modbus Master“ nur eine Bus-Leitung benötigt wird. Die Adressierung der angeschlossenen Ventilatoren erfolgt schnell und einfach über die im Regelmodul UNIcon integrierte spezielle automatische Adressierungsfunktion von Ziehl-Abegg. Das Regelmodul ist in der Lage, autark Prozessregelfunktionen in Teilen einer Gesamtanlage zu übernehmen. In Verbindung mit Drucksensoren oder Temperatursensoren er-folgt so beispielsweise die direkte Regelung von Ventilatoren auf Verflüssigern oder Kühlern.
In Klima-Zentralgeräten, mit denen große Luftströme bewegt werden, gibt es einen Trend weg von einzelnen, großen Ventilatoren zu mehreren, kleineren, parallel betriebenen Geräten. Auch hier ist es vorteilhaft, wenn diese Ventilator-Gruppen zusammengefasst vom Regelmodul UNIcon auf Differenzdruck bzw. Luft-Volumenstrom geregelt werden.
Informationen zu den Ventilatoren (Betriebszustand, Leistungsaufnahme, Dreh- zahl etc.) können durch das Regelmodul an die Gebäudeleittechnik weitergegeben werden. Umgekehrt lassen sich veränderte Anforderungen an die Kühlleistung oder an das zu fördernde Luftvolumen von der Gebäudeleittechnik an das Regelmodul adressieren, um die Regelung der Ventilatoren entsprechend zu beeinflussen. Die Bilder 2 und 3 illustrieren typische Anwendungsfälle. Neben den gezeigten Beispielen kann die Anbindung auch an andere Bus-Systeme erfolgen.
Zukunftssichere Investition
Trotz oder gerade wegen Industrie 4.0 und „Big Data“: autarke, analoge Steuerungen behalten ihre Existenzberechtigung. Wenn keine totale Vernetzung gefordert ist, spricht nichts dagegen, EC-Ventilatoren oder auch Frequenzumrichter per Analogsignal zu steuern. Geräte wie der Frequenzumrichter Fcontrol von Ziehl-Abegg mit integriertem Sinusfilter oder der Standard-Frequenzumrichter Icontrol sind vom Werk aus mit den nötigen Schnittstellen ausgerüstet.
Dort, wo die direkte Anbindung von EC-Ventilatoren oder von Frequenzumrichtern an ein bestimmtes Bus-System erfolgen soll, geschieht dies über die entsprechenden Add-On-Busmodule. Mithilfe der Stecktechnik lassen sich vorhandene Anlagen einfach aufrüsten. Alternativ können Gruppen von EC-Ventilatoren oder auch Frequenzumrichtern über ein Universal-Regelmodul UNIcon zusammengefasst werden. Gebündelt gibt dieses Regelmodul dann Informationen aus diesen Gruppen an eine übergeordnete Gebäudeleittechnik weiter.
Alexander Heide,
Produktmanager bei der Ziehl-Abegg SE, Künzelsau
